汽車空調(diào)畢業(yè)論文

JIANGSUUNIVERSITY

本科畢業(yè)論文

汽車空調(diào)的選型與布置

SELECTIONANDARRANGEMENTOF

AUTOMOTIVEAIR-CONDITION

學(xué)院名稱：汽車與交通工程學(xué)院

專業(yè)班級(jí)：車輛（卓越1002）

學(xué)生姓名：

指導(dǎo)教師姓名：

指導(dǎo)教師職稱：

2014年6月

汽車空調(diào)的選型與布置

專業(yè)班級(jí)：車輛（卓越1002）學(xué)生姓名：

指導(dǎo)老師：職稱：

摘要汽車空調(diào)的普及與創(chuàng)新，是提高汽車競爭能力的重要手段之一。近年來，隨著汽車行業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對(duì)于汽車的舒適性、可靠性和安全性的要求也在不斷提高，而汽車空調(diào)能大大的提高汽車的乘坐舒適性。因此，對(duì)汽車空調(diào)的研究與開發(fā)特別重要。

本文對(duì)汽車空調(diào)的特點(diǎn)、原理、結(jié)構(gòu)以及功能進(jìn)行了闡述，并針對(duì)某品牌汽車，計(jì)算出夏天所需的制冷量，據(jù)此計(jì)算壓縮機(jī)的排量與軸功率、冷凝器與蒸發(fā)器的傳熱面積以及膨脹閥功率，并選擇相應(yīng)的裝置，最后對(duì)其進(jìn)行布置設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵字：壓縮機(jī)冷凝器蒸發(fā)器膨脹閥匹配布置

SELECTIONANDARRANGEMENTOFAUTOMOTIVEAIR-CONDITION

AbstractThepopularityandinnovationofautomotiveair-conditioningisoneoftheimportantmeanstoimprovethecompetitivenessofthecar.Inrecentyears,withthedevelopmentoftheautomotiveindustryandtheimprovementofpeople'slivingstandards,peopleisincreasingtheirrequirementsforvehiclecomfort,reliabilityandsafety,whiletheautomotiveairconditioningcangreatlyimprovevehicleridecomfort.So,itisparticularlyimportanttoresearchanddevelopautomotiveair-conditioning.

Inthispaper,thecharacteristics,principles,structure,andfunctionofautomotiveair-conditioningaredescribed.Inaddition,Iwillcalculateanddesigncompressor,condenser,evaporatorandexpansionvalveforacertainbrandofcar.

Keywords:compressorcondenserevaporatorexpansionvalvematcharrangement

目錄

TOC\o"1-3"\h\u

12135

第一章緒論

4

30791

1.1汽車空調(diào)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

4

6044

1.2本課題研究的內(nèi)容

6

25195

第二章空調(diào)概述

7

899

2.1汽車空調(diào)的功能

7

26588

2.2汽車空調(diào)的組成

8

16226

2.3汽車空調(diào)的特點(diǎn)

9

22738

2.4汽車空調(diào)的原理

10

25455

第三章空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

12

23040

3.1參數(shù)確定

12

8579

3.2車外綜合溫度計(jì)算

12

15880

3.3熱負(fù)荷的計(jì)算

14

28986

3.4制冷系統(tǒng)計(jì)算與選擇

16

22417

3.4.1制冷劑選擇

16

5686

3.4.2壓縮機(jī)的計(jì)算與選擇

16

28929

3.4.3蒸發(fā)器的計(jì)算與選擇

23

6496

3.4.4冷凝器的計(jì)算與選擇

30

16178

3.4.5膨脹閥選擇

36

21857

第四章汽車空調(diào)的布置

39

3733

4.1汽車空調(diào)的分類

39

30629

4.2乘用車空調(diào)系統(tǒng)的布置

40

9886

結(jié)論

42

8868

致謝

43

32118

參考文獻(xiàn)

44

第一章緒論

1.1汽車空調(diào)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

汽車空調(diào)技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了由低級(jí)到高級(jí)，由單一功能到多功能的5個(gè)階段。

第一階段單一取暖階段。1925年,在美國首先出現(xiàn)了利用汽車?yán)鋮s水通過加熱器取暖的方法。1927年，在美國紐約市場上出現(xiàn)了第一臺(tái)汽車空調(diào)裝置，當(dāng)時(shí)轟動(dòng)了世界各國汽車制造商。實(shí)際上，這種裝置并不能算是真正的空調(diào)，只能稱之為“加熱器”，只是在汽車車廂內(nèi)增加了熱量，在寒冷的季節(jié)里，能起到一定的保暖作用。該系統(tǒng)直到1948年才在歐洲出現(xiàn)。而日本在1954年才開始使用加熱器取暖。目前，在寒冷的北歐、亞洲北部地區(qū)，汽車空調(diào)仍然使用單一取暖系統(tǒng)。

第二階段單一制冷階段。1938年，美國人帕爾德發(fā)明了汽車空調(diào)，他受到電冰箱原理的啟發(fā)，利用電冰箱“冷氣”的原理，在一輛老爺車上進(jìn)行了試驗(yàn)。又于1939年，將改進(jìn)后的冷氣機(jī)安裝在美國福特汽車公司制造的林肯V12型轎車中，效果很好。1940年，美國通用汽車帕克公司（Packard）第一次將機(jī)械制冷用于車用空調(diào)，為世界汽車空調(diào)市場開辟了發(fā)展道路。由于第二次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)，汽車空調(diào)的發(fā)展遇到了阻礙。二戰(zhàn)結(jié)束后，汽車空調(diào)的實(shí)用化、普及化開始發(fā)展起來。戰(zhàn)后的美國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，特別是因1950年美國石油產(chǎn)地的炎熱天氣，急需大量的帶有制冷效果的汽車，而使單一降溫的空調(diào)汽車得以迅速發(fā)展起來。歐洲、日本轎車到1957年才加裝這種單一制冷的空調(diào)。單一降溫汽車空調(diào)目前仍在熱帶、亞熱帶地區(qū)使用。

第三階段冷暖一體化階段。1954年，通用汽車公司首先在（NASH）牌轎車上安裝了冷暖一體化的空調(diào)，至此，汽車空調(diào)才基本上具有調(diào)節(jié)控制車內(nèi)溫度、濕度的功能。隨著汽車空調(diào)技術(shù)的改進(jìn)，目前的冷熱一體空調(diào)基本上均具有加熱、降溫、除濕、通風(fēng)、過濾、除霜等功能。這種方式目前仍然在大量的經(jīng)濟(jì)型汽車上使用，是目前使用量最大的一種方式。

第四階段自動(dòng)控制階段。冷暖一體汽車空調(diào)仍然需要人工操作，很顯然，這增加了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)，控制效果也不大理想。于是，自動(dòng)控制空調(diào)裝置應(yīng)運(yùn)而生。自動(dòng)空調(diào)裝置只要預(yù)先設(shè)定溫度，就能自動(dòng)的在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)工作。系統(tǒng)根據(jù)傳感器檢測(cè)到的車內(nèi)、車外環(huán)境的溫度等信息，自動(dòng)地控制空調(diào)系統(tǒng)各部件工作，達(dá)到調(diào)控車內(nèi)溫度和其他功能的目的，減少了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

自從冷暖一體化空調(diào)出現(xiàn)后，通用汽車就著手研究自動(dòng)控制的汽車空調(diào)，并于1964年首先安裝在卡迪拉克（CADILLAC）牌轎車上。緊接著通用、福特、克萊斯勒三大汽車公司競相在各自的高級(jí)轎車上安裝。1971年以后，日本豐田汽車公司的世紀(jì)、皇冠，英國的勞斯萊斯以及德國的梅賽德斯—奔馳等豪華高級(jí)轎車中，都分別安裝了自動(dòng)汽車空調(diào)設(shè)備。

第五階段微機(jī)控制階段。1973年，美國通用汽車公司和日本五十鈴汽車公司（后合并到三菱集團(tuán)）一起聯(lián)合研制由微型計(jì)算機(jī)控制的汽車空調(diào)系統(tǒng)，并于1977年同時(shí)安裝在各自的汽車上，將汽車空調(diào)技術(shù)推廣到一個(gè)新的高度。微機(jī)控制的汽車空調(diào)系統(tǒng)由微機(jī)按照汽車內(nèi)外的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)微調(diào)化。該系統(tǒng)具備數(shù)字化顯示、自診斷、數(shù)據(jù)流傳輸?shù)纫幌盗泄δ?。通過微機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)了空調(diào)運(yùn)行與汽車運(yùn)行的相互統(tǒng)一，不僅可以極大地提高制冷效果，還能節(jié)約燃料，從而提高了汽車的整體性能和舒適性。

在我國，汽車空調(diào)工業(yè)的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階段。

第一階段，從20世紀(jì)60年代初到20世紀(jì)70年代末。由于我國汽車工業(yè)起步較晚，在這段時(shí)期我國汽車空調(diào)的發(fā)展基本上是一片空白，只能利用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣或冷卻水產(chǎn)生的熱量來供給車內(nèi)采暖。

第二階段，從20世紀(jì)80年代初至20世紀(jì)90年代初。20世紀(jì)80年代初期，我國開始從日本購進(jìn)汽車空調(diào)設(shè)備，裝配在紅旗、上海等小轎車和豪華大客車上；20世紀(jì)80年代中后期，又從日本和德國引進(jìn)了先進(jìn)的空調(diào)生產(chǎn)線和空調(diào)生產(chǎn)技術(shù)，生產(chǎn)大中型客車、輕型車及轎車的空調(diào)系統(tǒng)。

第三階段，從20世紀(jì)90年代開始到目前。國內(nèi)由一批形成生產(chǎn)規(guī)模的汽車空調(diào)制造企業(yè)，分別從國外引進(jìn)最先進(jìn)的壓縮機(jī)、冷凝器和蒸發(fā)器的生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)線；同時(shí)，按照國內(nèi)外相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)的要求，普及應(yīng)用汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)工質(zhì)由R12向R134a的轉(zhuǎn)換。至此，我國汽車空調(diào)技術(shù)在短時(shí)間內(nèi)接近了世界先進(jìn)水平。

未來汽車空調(diào)的發(fā)展趨勢(shì)

節(jié)能環(huán)保的發(fā)展趨勢(shì)

節(jié)能環(huán)保是目前和今后汽車空調(diào)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在美國、歐盟、日本等已經(jīng)出臺(tái)了相應(yīng)的法律和法規(guī)對(duì)空調(diào)節(jié)能和環(huán)保指標(biāo)做出了明確的硬性規(guī)定。我國也出臺(tái)了相應(yīng)的規(guī)定，以應(yīng)對(duì)當(dāng)今世界節(jié)能環(huán)保的大潮流。

由DSP控制的直流變頻技術(shù)代表21世紀(jì)空調(diào)的發(fā)展方向

DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）控制的直流變頻空調(diào)，采用最新的PAM（脈幅控制）技術(shù)，它采用的是直流蝸旋變頻壓縮機(jī)。

變頻空調(diào)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)將是信息時(shí)代的必然產(chǎn)物

變頻空調(diào)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)是在一般變頻空調(diào)的基礎(chǔ)上增加了與Interet的控制接口，通過Internet可對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程故障診斷和控制軟件升級(jí)等，這種技術(shù)使得維修更為便利，同時(shí)還能實(shí)行集中控制以及控制最優(yōu)化。

制冷劑替代技術(shù)是空調(diào)制造業(yè)的當(dāng)務(wù)之急

根據(jù)《蒙特利爾協(xié)議》，1996年，發(fā)達(dá)國家開始禁用R12，發(fā)展中國家也會(huì)于2006年完全禁用R12。R12，通稱氟利昂，它們都屬鹵代物，分子中含有氯元素。眾所周知，氟利昂在高空受紫外線照射催化分離出的氯原子與臭氧發(fā)生反應(yīng)，生成氧氣。近些年已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大氣層存在臭氧層空洞，因此世界各國都在積極研制一種更適合環(huán)境保護(hù)的新型制冷劑。目前一致公認(rèn)R134a是R12的首選替代物，而且，有關(guān)R134a與空調(diào)系統(tǒng)的匹配和材料等一系列問題也已經(jīng)基本上得到了解決。因此研制出對(duì)臭氧層無破壞作用的制冷劑替代技術(shù)并使之商品化，已經(jīng)是空調(diào)制造行業(yè)的當(dāng)務(wù)之急和不可逆轉(zhuǎn)的大趨勢(shì)。

延伸性是開發(fā)汽車空調(diào)新產(chǎn)品的又一發(fā)展趨勢(shì)

超靜音運(yùn)行：該技術(shù)從低噪音壓縮機(jī)著手，進(jìn)行降噪，并且內(nèi)部結(jié)構(gòu)也采取進(jìn)一步優(yōu)化，另外運(yùn)用仿真技術(shù)來優(yōu)化降噪。

大型客車的超遠(yuǎn)距離送風(fēng)：該技術(shù)采用了超強(qiáng)的送風(fēng)系統(tǒng)和氣流控制技術(shù)，使得送風(fēng)距離可達(dá)15m之遠(yuǎn)，且送風(fēng)方式可以任選。

健康技術(shù)的運(yùn)用：健康技術(shù)的運(yùn)用將給予空調(diào)一個(gè)全新的概念，即光觸媒、負(fù)氧離子、超靜音、防霉抗菌材料等新技術(shù)，層層凈化空氣，除異味、除塵能力強(qiáng)，使用時(shí)有如身臨自然生態(tài)空間，有回歸自然、返璞歸真的感受，大大地提高了乘坐舒適性。

1.2本課題研究的內(nèi)容

1）闡述汽車空調(diào)的特點(diǎn)、原理、結(jié)構(gòu)及作用；

2）針對(duì)某款車型進(jìn)行熱負(fù)荷的計(jì)算；

3）設(shè)計(jì)選擇相應(yīng)的壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器和膨脹閥；

4）對(duì)壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器和膨脹閥進(jìn)行布置設(shè)計(jì)。

第二章空調(diào)概述

2.1汽車空調(diào)的功能

汽車空調(diào)是汽車現(xiàn)代化標(biāo)志之一，已成為現(xiàn)代汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置。汽車空調(diào)的基本功能是在任何氣候和行駛條件下，都能改善駕駛員的工作條件和創(chuàng)造舒適的行駛環(huán)境。隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)舒適性的要求越來越高。舒適性是由人體對(duì)車內(nèi)的溫度、濕度、空氣流速、含氧量、有害氣體含量、噪音、壓力、氣味、灰塵、細(xì)菌等多項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)的感覺和反應(yīng)綜合決定的?，F(xiàn)代汽車空調(diào)就是將車內(nèi)空間的環(huán)境調(diào)整到對(duì)人體最適宜的狀態(tài)，創(chuàng)造良好的勞動(dòng)條件和工作環(huán)境，從而提高駕駛員的勞動(dòng)生產(chǎn)率和行車安全；同時(shí)，保護(hù)乘員的身體健康，利于乘員旅游觀光、學(xué)習(xí)或者休息。為此，現(xiàn)代汽車空調(diào)系統(tǒng)的功能可概括為以下幾個(gè)方面：

調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度

一般情況下，多數(shù)汽車空調(diào)只具有這種單一的車內(nèi)溫度調(diào)節(jié)和被動(dòng)濕度調(diào)節(jié)的功能。汽車空調(diào)在冬季利用其暖風(fēng)系統(tǒng)（即采暖裝置）對(duì)車內(nèi)的空氣或由外部進(jìn)入車內(nèi)的新鮮空氣進(jìn)行加熱，從而達(dá)到取暖除濕的目的。轎車和中小型汽車由于車內(nèi)空間較小，所需熱量少，一般以發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻循環(huán)水作為暖風(fēng)的熱源，而大型客車則需采用獨(dú)立式加熱器作為暖風(fēng)的熱源。汽車空調(diào)在夏季利用制冷系統(tǒng)對(duì)車內(nèi)空氣或外部進(jìn)入的車內(nèi)的新鮮空氣進(jìn)行冷卻或除濕，使車內(nèi)空氣變得涼爽和舒適。對(duì)大多數(shù)人來說，車廂內(nèi)夏季保持在24℃～28℃，冬季保持在18℃～20℃是比較理想的。

調(diào)節(jié)車內(nèi)濕度

在過于潮濕或干燥的空氣環(huán)境中，人會(huì)感到不舒服。普通汽車空調(diào)只能在調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度的同時(shí)被動(dòng)地調(diào)節(jié)車內(nèi)濕度，而高級(jí)豪華汽車采用的空調(diào)系統(tǒng)，能對(duì)車內(nèi)的濕度進(jìn)行適量調(diào)節(jié)。它是通過增加或減少空氣中的潛熱來實(shí)現(xiàn)的，夏季降溫除濕，冬季升溫加濕。但在普通汽車上目前還沒有安裝加濕裝置，只能通過開窗或通風(fēng)設(shè)施，靠車外新鮮空氣來進(jìn)行調(diào)節(jié)。

調(diào)節(jié)車內(nèi)氣流速度

空氣的流速和方向?qū)θ梭w舒適性影響佷大。夏季，人們處在適當(dāng)?shù)退倭鲃?dòng)的空氣中要比處在靜止的空氣中感覺良好；但是，過高的風(fēng)直接吹到人體上，也會(huì)使人感到不舒服。這就要求汽車空調(diào)要具有一個(gè)合適的風(fēng)速。舒適的氣流速度一般為0.25m/s左右。在冬季，風(fēng)速高了會(huì)影響人體保溫，因而冬季采暖時(shí)氣流速度應(yīng)盡量小些。

凈化車內(nèi)空氣

由于汽車車內(nèi)空間狹小，乘員密度大，車內(nèi)極易出現(xiàn)缺氧、二氧化碳濃度過高的情況；同時(shí)，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的一氧化碳和道路上的粉塵、野外有毒的花粉都容易進(jìn)入車內(nèi)，污染車內(nèi)空氣，影響乘員健康。因此汽車空調(diào)必須具有補(bǔ)充車外新鮮空氣、過濾和凈化車內(nèi)空氣的功能。這些功能主要由汽車空調(diào)的通風(fēng)系統(tǒng)和空氣凈化系統(tǒng)來完成。

定期更換車內(nèi)空氣

汽車空調(diào)為了節(jié)能運(yùn)轉(zhuǎn)，一般僅進(jìn)行車內(nèi)循環(huán)，但時(shí)間一長，車內(nèi)空氣的品質(zhì)會(huì)因此而下降，這時(shí)可以打開新鮮/再循環(huán)空氣風(fēng)門，吸入車外新鮮空氣，排出車內(nèi)污濁空氣。

調(diào)節(jié)送風(fēng)方向

汽車空調(diào)出風(fēng)口上設(shè)有水平格柵和垂直格柵，可分別做上、下調(diào)節(jié)和左右調(diào)節(jié)，用來調(diào)節(jié)氣流出口傾角。根據(jù)人體生理特點(diǎn)，頭部對(duì)冷比較敏感，腳部對(duì)熱比較敏感。因此，在布置空調(diào)出風(fēng)口時(shí)，夏天進(jìn)冷風(fēng)時(shí)應(yīng)該向斜上方送出，讓冷風(fēng)吹到乘員的頭部；冬季送熱風(fēng)時(shí)應(yīng)該向斜下方送出，使暖風(fēng)吹到乘員的腳部。

2.2汽車空調(diào)的組成

汽車空調(diào)由以下幾部分組成：制冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、操縱控制系統(tǒng)以及空氣凈化系統(tǒng)

。

制冷系統(tǒng)：

采用蒸氣壓縮式的制冷方式，對(duì)車內(nèi)的空氣進(jìn)行冷卻。作為冷源的蒸發(fā)器，氣溫度空氣露點(diǎn)溫度，因此，制冷系統(tǒng)還具有除濕和凈化空氣作用。

加熱系統(tǒng)：

通過把發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水引入加熱器，利用鼓風(fēng)機(jī)對(duì)空氣進(jìn)行加熱，還可以對(duì)前擋風(fēng)玻璃除霜。

通風(fēng)系統(tǒng)：

包括鼓風(fēng)機(jī)、風(fēng)道、風(fēng)門和出風(fēng)口等，風(fēng)門把車外的新鮮空氣引入車內(nèi)，通過排風(fēng)口把車內(nèi)的污濁空氣排出車外。

4.操縱控制系統(tǒng)：

一般由電氣系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和操縱裝置組成，對(duì)制冷系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)進(jìn)行控制的同時(shí)，對(duì)車內(nèi)的空氣溫度、風(fēng)量、流量進(jìn)行操縱，以保證空調(diào)系統(tǒng)正常工作

5.空氣凈化系統(tǒng)：

一般利用空氣過濾器、排風(fēng)口、電氣集塵器和陰離子發(fā)生器等組成。

本文主要講述汽車空調(diào)的制冷系統(tǒng)。汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)包括壓縮機(jī)、熱交換器（包括蒸發(fā)器與冷凝器）、儲(chǔ)液干燥器（或集夜器）、膨脹閥（或孔管）、溫度和壓力控制裝置、壓縮機(jī)保護(hù)系統(tǒng)等。

(1）壓縮機(jī)

壓縮機(jī)是汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的心臟，其作用是維持制冷劑在制冷系統(tǒng)中的循環(huán)流動(dòng)，吸入來自蒸發(fā)器的低溫、低壓制冷劑蒸汽，壓縮制冷劑使其壓力和溫度升高，并將高壓制冷劑蒸汽送往冷凝器。壓縮機(jī)和膨脹閥是制冷系統(tǒng)中低壓和高壓、低溫和高溫的分界處。

(2）冷凝器

冷凝器是一種由管子和散熱片組合起來的換熱器，作用是把壓縮機(jī)排出的高溫、高壓制冷劑氣體與外界空氣進(jìn)行熱交換，從而凝結(jié)為較高溫度的高壓液體。汽車空調(diào)的冷凝器有管片式、管道式以及平行流式3種結(jié)構(gòu)形式。目前，我國轎車上主要采用全鋁管道式和平行流式冷凝器，而大型客車上主要采用銅管鋁片式冷凝器。

(3）蒸發(fā)器

蒸發(fā)器與冷凝器一樣，也是一種換熱器，其作用與冷凝器相反，是將經(jīng)過節(jié)流降壓后的低溫低壓液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)行熱交換，從而轉(zhuǎn)變成低溫低壓的氣態(tài)制冷劑。在這個(gè)汽化過程中吸收蒸發(fā)器表面周圍空氣的熱量而降溫，風(fēng)機(jī)再將冷風(fēng)吹到車內(nèi)，以達(dá)到降溫的目的。

(4）膨脹閥

膨脹閥也稱節(jié)流閥，是組成汽車空調(diào)制冷裝置的主要部件，安裝在蒸發(fā)器入口處，是汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的高壓側(cè)與低壓側(cè)的分界點(diǎn)。其功用是：把來自儲(chǔ)液干燥器的高壓液態(tài)制冷劑節(jié)流減壓，調(diào)節(jié)和控制進(jìn)入蒸發(fā)器中的液態(tài)制冷劑量，使之適應(yīng)制冷負(fù)荷的變化，同時(shí)可防止壓縮機(jī)發(fā)生液擊現(xiàn)象和蒸發(fā)器出口蒸汽異常過熱。

2.3汽車空調(diào)的特點(diǎn)

汽車空調(diào)利用蒸氣壓縮式制冷，即利用沸點(diǎn)很低的制冷劑在汽化過程中吸收周圍空氣中的熱量這一原理將車內(nèi)空氣中熱量轉(zhuǎn)移給制冷劑，達(dá)到車內(nèi)降溫的目的。而制熱一般采用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的余熱采暖。

汽車空調(diào)有如下特點(diǎn)：

1.空調(diào)負(fù)荷大，并且負(fù)荷變化幅度也大。

汽車車身薄，且是金屬壁面，當(dāng)汽車長時(shí)間直接暴露在烈日下（或風(fēng)雪下），進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷（或冷負(fù)荷）比一般房間大得多。汽車車室內(nèi)乘客密度大，人體熱量大，要求制冷能力大，并且需要降溫迅速。綜合以上因數(shù)，要求汽車空調(diào)的制冷（或制熱）能力要強(qiáng)。

2.系統(tǒng)中制冷劑流量變化幅度大。

由于汽車空調(diào)的壓縮機(jī)一般均由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，而發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可從600r/min到5000r/min變化，這樣對(duì)系統(tǒng)的流量控制、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來困難。

3.制冷劑冷凝溫度高。

對(duì)于大多數(shù)車輛來說，冷凝器置于水箱前面，通風(fēng)冷卻效果受發(fā)動(dòng)機(jī)水箱輻射熱影響，制冷劑的冷凝壓力與溫度均較高，同時(shí)也影響發(fā)動(dòng)機(jī)水箱的散熱。

4.防振能力強(qiáng)

汽車空調(diào)在工作中可能會(huì)承受劇烈、頻繁的沖擊，因此汽車空調(diào)的各個(gè)零部件應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和抗振能力，接頭牢固并防漏。汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)極容易發(fā)生制冷劑的泄漏，其泄漏不僅會(huì)造成環(huán)境污染，而且可能會(huì)破壞整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的工作條件和制冷系統(tǒng)的部件。遇火甚至?xí)l(fā)生燃燒事故。所以，各部件的連接要牢固且大量采用軟管接頭，同時(shí)，要經(jīng)常檢查制冷系統(tǒng)內(nèi)制冷劑的存儲(chǔ)量。

結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量小。

由于汽車本身的特點(diǎn)，要求汽車空調(diào)結(jié)構(gòu)緊湊，能在有限的空間內(nèi)進(jìn)行安裝而且安裝了開空調(diào)后，不至于使汽車增重太多而影響其他性能?，F(xiàn)代汽車空調(diào)的總質(zhì)量比20世紀(jì)60年代下降了50%，而制冷能力卻比同期增強(qiáng)了50%。

6.安全性和舒適性控制難度大

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化范圍很大，行駛道路狀況多變，空調(diào)的安全控制難度較大；同時(shí)，由于汽車的運(yùn)行環(huán)境相較惡劣，使得其舒適性控制難度較大。

2.4汽車空調(diào)的原理

汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)在制冷過程中，主要利用壓縮機(jī)對(duì)制冷劑加壓使其在冷凝器內(nèi)液化，液態(tài)制冷劑再在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)成氣體，如此循環(huán)往復(fù)。在這一循環(huán)中，通過制冷劑的汽化吸熱降溫，再將降溫后的冷空氣吹進(jìn)車內(nèi)；通過制冷劑液化放熱將吸收的熱量傳出車外。循環(huán)過程如下：

（1）用戶按操作程序啟動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)后，壓縮機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下開始工作，驅(qū)使制冷劑在密封的空調(diào)系統(tǒng)中循環(huán)流動(dòng)，壓縮機(jī)將氣態(tài)制冷劑壓縮成高溫高壓的制冷劑氣體后排出壓縮機(jī)。

（2）高溫高壓制冷劑氣體經(jīng)管路流入冷凝器后，在冷凝器內(nèi)散熱、降溫，冷凝成高溫高壓的液態(tài)制冷劑流出。

（3）高溫高壓液態(tài)制冷劑經(jīng)管路進(jìn)入干燥儲(chǔ)液器內(nèi)，經(jīng)過干燥過濾后進(jìn)入膨脹閥。

（4）高溫高壓液態(tài)制冷劑經(jīng)膨脹閥節(jié)流，狀態(tài)發(fā)生急劇變化，變成低溫低壓的液態(tài)制冷劑。

（5）低溫低壓液態(tài)制冷劑立即進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)，在蒸發(fā)器內(nèi)吸收流經(jīng)蒸發(fā)器的空氣熱量，使空氣溫度降低，吹出冷風(fēng)，產(chǎn)生制冷效果，制冷劑本身因吸收了熱量而蒸發(fā)成低溫低壓的氣態(tài)制冷劑。

（6）低溫低壓液態(tài)制冷劑經(jīng)管路被壓縮機(jī)吸入，進(jìn)行壓縮，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。只要壓縮機(jī)持續(xù)工作，制冷劑就在空調(diào)系統(tǒng)中連續(xù)循環(huán)，產(chǎn)生制冷效果；壓縮機(jī)停止工作，空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)的制冷劑隨之停止流動(dòng)，不產(chǎn)生制冷效果。

圖2-1汽車空調(diào)原理圖

第三章空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1參數(shù)確定

綜合考慮夏季的高溫酷暑和汽車空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)常使用的環(huán)境，結(jié)合相關(guān)資料，確定計(jì)算車內(nèi)外邊界條件如下：

空氣流與汽車相對(duì)速度：15m/s;

日照強(qiáng)度：I水平=1000W/m2I垂直=160W/m2I散=40W/m2

車長：4.48m車寬：1.74m車高：1.47m

3.2車外綜合溫度計(jì)算

由于太陽輻射的影響，車身表面溫度比環(huán)境溫度高許多，為簡化這部分熱負(fù)荷計(jì)算，引入車外綜合溫度的概念。由于車頂和車側(cè)的日照強(qiáng)度和熱傳導(dǎo)系數(shù)不一樣，因此，車頂和車側(cè)的綜合溫度也不一樣，其中：

車頂綜合溫度：tc頂=ρI頂/(α2+K頂)+t2

車側(cè)綜合溫度：tc側(cè)=ρI側(cè)/(α2+K側(cè))+t2

式中：

ρ：車外表面吸收系數(shù)，取0.9；

I頂：車頂太陽輻射強(qiáng)度：I頂=I水平=1000W/m2；

I側(cè)：車側(cè)太陽輻射強(qiáng)度：I側(cè)=（I垂直+I散）/2=(160+40)/2=100W/m2

α2：車外空氣與車表面的對(duì)流放熱系數(shù)，取經(jīng)驗(yàn)公式：

α2=（8.36+34.15√v）/4.2=33.48

K頂：車頂傳熱系數(shù)

K側(cè)：車側(cè)傳熱系數(shù)

t2：環(huán)境溫度38℃

壁面?zhèn)鳠峄竟剑篞=KFΔt

式中：

K：傳熱系數(shù)；

F：傳熱面積；

Δt：溫差。

為簡化計(jì)算，車身各部分按多層均勻平壁考慮，根據(jù)傳熱學(xué)理論，有：

K=1/[(1/α1)+∑（δi/λi）+(1/α2)]

式中：

α1：車內(nèi)表面的對(duì)流放熱系數(shù)，按自然環(huán)境考慮，其取值15W（m2·℃）

δi：各層材料的厚度；

λi：各層材料的傳熱系數(shù)。

車頂和車側(cè)的傳熱系數(shù)計(jì)算見表3-1：

表3-1車頂和車側(cè)傳熱系數(shù)

車頂

車側(cè)

結(jié)構(gòu)層構(gòu)成

鋼板

空氣

間隙

隔熱

硬頂

鋼板

空氣

間隙

內(nèi)飾板

單一結(jié)構(gòu)層厚度

δi(mm)

0.7

15

5

0.7

25

3

單一結(jié)構(gòu)層導(dǎo)熱系數(shù)

λi(W/（m2·℃）)

51.63

0.613

0.06

51.63

0.163

0.18

∑（δi/λi）(（m2·℃）/W)

0.175

0.170

1/α1(（m2·℃）/W)

1/15

1/15

1/α2(（m2·℃）/W)

1/33.48

1/33.48

傳熱系數(shù)K(W/（m2·℃）)

3.68

3.75

由此可得：

車頂綜合溫度：tc頂=ρI頂/(α2+K頂)+t2=0.9×1000/（33.48+3.68）+38=62.22℃

車側(cè)綜合溫度：tc側(cè)=ρI側(cè)/(α2+K側(cè))+t2=0.9×100/（33.48+3.3.75）+38=40.42℃

車地綜合溫度：tc地=t2+3=41℃

3.3熱負(fù)荷的計(jì)算

通過車頂傳入熱負(fù)荷Q頂:

車頂面積為3.7m2,則：

Q頂=K頂F頂（tc頂-t1）=3.68×3.7×（62.22-25)=506.79W

通過車側(cè)傳入車內(nèi)的熱負(fù)荷Q側(cè):

車側(cè)面積為11.2m2,則：

Q側(cè)=K側(cè)F側(cè)（tc側(cè)-t1）=3.75×11.2×（40.42-25）=647.64W

通過前壁板傳入車內(nèi)的熱負(fù)荷Q發(fā):

前壁板側(cè)傳熱系數(shù)為：4.63W/(m2·℃)，面積約為1.04m2。經(jīng)測(cè)溫度約為75℃，則：

Q發(fā)=4.63×1.04×（75-25）=240.76W

通過地板傳入車內(nèi)的熱負(fù)荷Q地:

地板面積約為4.95m2,傳熱系數(shù)為：4.02W/（m2·℃），則：

Q地=4.02×4.95×（41-25）=318.38W

通過車窗玻璃傳入車內(nèi)的熱負(fù)荷Q玻:

窗玻璃面積見表3-2

表3-2車窗玻璃面積（m2）

全面積

前窗

3.46

0.8

其中前窗擋風(fēng)玻璃并非垂直安裝，其垂直方向投影面積約為0.62m2,水平方向投影面積約為0.52m2。

玻璃傳熱系數(shù)為：K玻=11.5W/（m2·℃）

則由于車內(nèi)外溫差而形成的熱負(fù)荷為：

Q玻1=11.5×3.46×（38-25）=517.27W

又太陽總輻射量為：U=I側(cè)（3.46-0.8+0.62）+I水平·0.52

=100×3.28+1000×0.52

=848W

則由于太陽輻射而形成的熱負(fù)荷為：

Q玻2=（η+ρα1/α2）U·S

式中：

η：太陽輻射透過玻璃的透入系數(shù)，取η=0.84；

ρ：玻璃對(duì)太陽輻射熱的吸收系數(shù)，取ρ=0.08；

S：遮陽修正系數(shù)，取S=1.0。

則Q玻2=（0.84+0.08×15/33.48）×848×1.0=742.71W

總熱負(fù)荷：Q玻=Q玻1+Q玻2=517.27+742.71=1259.98W

乘員熱負(fù)荷Q人:

乘員全熱：108W

司機(jī)全熱：175W

總熱量Q人=0.89×4×108+175=559.48W

車內(nèi)電機(jī)及照明燈等的熱負(fù)荷Q附

暖風(fēng)機(jī)電機(jī)功率為90W，收放機(jī)功率約為50W，照明燈功率約為13W，則：

Q附=90+50+13=153W

總熱負(fù)荷：

Q總＝Q頂＋Q側(cè)＋Q前＋Q地＋Q玻＋Q人＋Q附

＝506.79+647.64+240.76+318.38+1259.98+559.48+153

＝3686.03Ｗ

取整：Q總=3700W

結(jié)論：

通過以上計(jì)算分析，總熱負(fù)荷為3700W。

3.4制冷系統(tǒng)計(jì)算與選擇

3.4.1制冷劑選擇

在20世紀(jì)90年代之前，汽車空調(diào)主要采用R12（即氟利昂）作為制冷劑，但R12在高空受紫外線照射催化分離出的氯原子會(huì)與臭氧發(fā)生反應(yīng)，生成氧氣，從而破壞臭氧層。因此，目前R12已基本被R134a取代。本次設(shè)計(jì)采用R134a作為制冷劑。

3.4.2壓縮機(jī)的計(jì)算與選擇

根據(jù)總熱負(fù)荷為3700W，考慮可能出現(xiàn)其他熱負(fù)荷，且考慮到該空調(diào)多平臺(tái)的共用，該空調(diào)應(yīng)具有15%的裕量，則系統(tǒng)制冷量Q=3700×1.15=4255W,取整為4300W。

工況條件:

系統(tǒng)制冷量：Q=4300W

蒸發(fā)溫度：te=5℃相應(yīng)蒸發(fā)壓力：Pe=349.63kPa(絕對(duì)壓力)

冷凝溫度：tc=60℃相應(yīng)冷凝壓力：Pe=1681.30kPa(絕對(duì)壓力)

壓縮機(jī)吸氣過熱度：⊿tse=10℃

膨脹閥前過冷度：⊿tsc=10℃(采用帶過冷的冷凝器)

壓縮機(jī)計(jì)算工作轉(zhuǎn)速：n=1800r/min

熱力計(jì)算:

由于車型較小，制冷劑管路很短，認(rèn)為制冷劑的流度阻力及管路的吸熱放熱均可忽略不計(jì)。因此可近似認(rèn)為，壓縮機(jī)吸氣口與蒸發(fā)器出口、壓縮機(jī)排氣口與冷凝器入口、冷凝器出口與膨脹閥入口三處的制冷劑熱力學(xué)狀態(tài)分別相同以簡化計(jì)算。

a）壓縮機(jī)吸氣溫度：ts=te+⊿tse=15℃

根據(jù)ts、Pe查HFC134a過熱蒸汽的熱力性質(zhì)表，得壓縮機(jī)吸氣口（即蒸發(fā)器出口）的制冷劑

比焓:hs=410.455kJ/kg

比體積：vs=0.079484m3/kg

比熵：s=1.79074J(kg·K)

b）根據(jù)Pc、s查HFC134a過熱蒸汽的熱力性質(zhì)表，得壓縮機(jī)等比熵壓縮后的制冷劑比焓:

hc=447.283kJ/kg

c)在設(shè)定工況條件下壓縮機(jī)的指示效率：ηi

ηi=(Te/Tc)+b·te=0.84(b=0.002)

d)在設(shè)定工況條件下壓縮機(jī)排氣比焓為:hd

hd=hs+(hc-hs)/ηi=454.298kJ/kg

e)根據(jù)Pc、hd查HFC134a過熱蒸汽的熱力性質(zhì)表，得設(shè)定工況壓縮機(jī)的排氣溫度td為83℃

壓縮機(jī)排量:

a)膨脹閥前制冷劑溫度tsc=tc-⊿tsc=50℃。

b)根據(jù)Pc、tsc查HFC134a過冷液體的熱力性質(zhì)表，得設(shè)定工況膨脹閥入口處制冷劑比焓hsc=275.128kJ/kg。

c)本制冷系統(tǒng)的制冷劑單位質(zhì)量流量的制冷量為:qc

qc=hs-hsc=410.455-275.128=135.327kJ/kg。

d)設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)制冷量Q=4300W=4.3kJ/s

系統(tǒng)內(nèi)制冷劑質(zhì)量流量為qm,則:

qm=Q/qc=4.3/135.327=0.0311kg/s

系統(tǒng)內(nèi)制冷劑體積流量為qv,則：

qv=qm·vs=0.0311×0.079484×106=2467ml/s

壓縮機(jī)每轉(zhuǎn)實(shí)際排氣量為Vn，則：

Vn=qv·（60/n）=2467×60/1800=82.2ml/r

e)壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)，取λ=0.7，壓縮機(jī)每轉(zhuǎn)名義排氣量為V，則：

V=Vn/λ=82.2/0.7=117ml/r

壓縮機(jī)軸功率:

根據(jù)Pc、s查HFC134a過熱蒸汽的熱力性質(zhì)表，得壓縮機(jī)等比熵壓縮后的制冷劑比焓hc=447.283kJ/kg。制冷劑溫度td=83℃。

測(cè)試工況壓縮機(jī)單位等比熵理論功Wtst:

Wtst=hc-hs=447.283-410.455=36.828kJ/kg

測(cè)試工況壓縮機(jī)的理論等比熵功率Ntst:

Ntst=Wtstqm=36.828×0.0311=1.15kW

已計(jì)算得測(cè)試工況壓縮機(jī)的指示效率ηi=0.84

測(cè)試工況壓縮機(jī)的指示功率Nit：

Nit=Ntst/ηi=1.15/0.84=1.37kW

測(cè)試工況壓縮機(jī)的摩擦功率Nmt：

Nmt=1.3089×D2×s×i×n×pm×10-5

=1.3089×(35×10-3)×(50×10-3)2×6×1800×0.50×105×

10-5=0.595KW

測(cè)試工況壓縮機(jī)所用軸功率Net:

Net=Nit+Nmt=1.37+0.595=1.965kW

壓縮機(jī)的選擇:

汽車空調(diào)壓縮機(jī)是汽車制冷系統(tǒng)的心臟，是推動(dòng)制冷系統(tǒng)中不斷循環(huán)的動(dòng)力來源。

微型及小型汽車空調(diào)，由于空間尺寸，發(fā)動(dòng)機(jī)功率小，比較注意壓縮機(jī)的效率、外形尺寸及功耗。例如奧托微型車采用精工滑片壓縮機(jī)和7B10壓縮機(jī)。微型車空調(diào)壓縮機(jī)排量一般在80～100cm3/r之間。

中、高檔轎車及小型面包車，采用150～250cm3/r排量的壓縮機(jī)。中、高檔現(xiàn)在普遍采用變排量壓縮機(jī)，如上海大眾公司生產(chǎn)的PASSAT轎車采用7SBH變排量壓縮機(jī)，上海通用公司生產(chǎn)的BUIK轎車采用V5變排量壓縮機(jī)。

中、大型客車采用排量為400～775cm3/r的活塞壓縮機(jī)，也有采用兩臺(tái)小排量壓縮機(jī)并

聯(lián)系

統(tǒng)的。如杰克賽爾（ZEXEL）DL-15，DL-16，DL-33，DL-34和CL-11型大客車，采用兩臺(tái)排量為313cm3/r的DKS-32型壓縮機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)，電裝（DENSO）車用空調(diào)也采用兩臺(tái)排量為300cm3/r的10P30B壓縮機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)。

本車為小型乘用車，可選壓縮機(jī)有搖盤式壓縮機(jī)、斜盤式壓縮機(jī)、旋葉式壓縮機(jī)和渦旋式壓縮機(jī)。

搖盤式壓縮機(jī)

搖盤式壓縮機(jī)又被稱為搖板式壓縮機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是工作平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，所以目前在我國得以廣泛應(yīng)用。

其工作原理如圖3-1

氣缸以壓縮機(jī)的軸線為中心，均勻分布，連桿連接活塞和擺盤，兩端采用球形萬向連軸器，使擺盤的擺動(dòng)和活塞的移動(dòng)相協(xié)調(diào)而不發(fā)生干涉。擺盤中心用鋼球作支撐中心，并用一固定的錐齒輪限定擺盤，使其只能搖動(dòng)而不能轉(zhuǎn)動(dòng)。主軸和楔形傳動(dòng)板連接在一起。

壓縮機(jī)工作時(shí)，主軸帶動(dòng)傳動(dòng)板一起旋轉(zhuǎn)。由于楔形傳動(dòng)板的轉(zhuǎn)動(dòng)，迫使擺盤以鋼球?yàn)橹行?，進(jìn)行左右搖擺移動(dòng)。擺盤和傳動(dòng)板之間的摩擦力使得擺盤具有轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，但是這種趨勢(shì)被一對(duì)錐齒輪限制，使得擺盤只能夠左右移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)活塞在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)應(yīng)的壓縮—排氣—膨脹—吸氣的過程。

圖3-1搖盤式壓縮機(jī)工作原理

1—轉(zhuǎn)軸2—楔塊3—活塞4—搖盤

斜盤式壓縮機(jī)

斜盤式壓縮機(jī)又被稱為斜板式壓縮機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、效率高和性能可靠，是目前乘用車空調(diào)中應(yīng)用最多的一種壓縮機(jī)型。

斜盤式壓縮機(jī)的工作原理如圖3-2所示，把裝在主軸上的斜盤13的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成雙向活塞沿軸向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。以斜盤主軸為中心，在同一圓周上布了3個(gè)（或5個(gè)）活塞1，各個(gè)活塞均通過斜盤兩端面的滑履和鋼球4、3裝配在一起。由于鋼球的作用，斜盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)鋼球轉(zhuǎn)換為活塞的直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，由滑動(dòng)變成滾動(dòng)，從而減少了摩擦阻力和磨損，延長了滑板的使用壽命。經(jīng)過斜盤的回轉(zhuǎn)，活塞在氣缸內(nèi)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。因?yàn)榛钊麅啥硕际菤飧?，因而一個(gè)活塞起到了雙缸的作用，整個(gè)壓縮機(jī)起到了6缸（或10缸）的作用。更利于實(shí)現(xiàn)小型和輕量化。

圖3-2斜盤式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)圖

1—活塞2—止推軸承3—鋼球4—滑履5—前閥板6—軸封7—離合器軸承

8—銜鐵板9—皮帶輪10—線圈11—前缸頭12—前軸承13—斜盤14—后軸承15—吸油管16—后軸承17—后缸頭18—油泵19—“O”形環(huán)

３）旋葉式壓縮機(jī)

旋葉式壓縮機(jī)的氣缸有圓形和橢圓形兩種，如圖3-3、3-4。這兩種形式的工作原理完全相同，只是在結(jié)構(gòu)上有所區(qū)別。在圓形氣缸的旋葉式壓縮機(jī)中，轉(zhuǎn)子主軸對(duì)氣缸圓心有一個(gè)偏心距，這樣使轉(zhuǎn)子緊貼在氣缸內(nèi)表面的進(jìn)氣孔和排氣孔之間。而在橢圓氣缸中，轉(zhuǎn)子主軸和橢圓的幾何中心重合，轉(zhuǎn)子緊貼橢圓兩短軸上的內(nèi)表面。

圖3-4是圓形氣缸旋葉式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)，裝在主軸上的轉(zhuǎn)子2偏心安置在氣缸內(nèi)，轉(zhuǎn)子上開有若干縱向的開口槽，其內(nèi)裝有能徑向滑動(dòng)的葉片。整個(gè)氣缸被轉(zhuǎn)子和氣缸的接觸線分為吸氣區(qū)域和排氣區(qū)域。當(dāng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子2在氣缸中轉(zhuǎn)動(dòng)，吸氣側(cè)的葉片在離心力或油壓的作用下滑出與氣缸壁緊貼，形成一個(gè)月牙形區(qū)域。該區(qū)域的容積不斷增大，產(chǎn)生吸力，氣態(tài)制冷劑8通過吸氣孔3進(jìn)入氣缸，直至吸氣容積達(dá)到最大值。之后葉片開始回縮，氣態(tài)制冷劑被壓縮，從排氣口排出。由于旋葉式壓縮機(jī)不設(shè)吸氣閥，所以其容積效率特別高，轉(zhuǎn)子可以告訴旋轉(zhuǎn)，制冷能力強(qiáng)。

圖3-3圓形氣缸旋葉式壓縮機(jī)圖3-4橢圓形氣缸旋葉式壓縮機(jī)

1—葉片2—轉(zhuǎn)子3—吸氣口1—壓縮機(jī)機(jī)體2—轉(zhuǎn)子3—葉片

4—排氣口5—高壓氣體4—轉(zhuǎn)動(dòng)軸

6—?dú)飧?—?dú)飧左w8—低壓氣體

４）滾動(dòng)活塞式壓縮機(jī)

滾動(dòng)活塞式壓縮機(jī)是一種新型的旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，該種壓縮機(jī)由于體積小、工作可靠，被廣泛應(yīng)用于汽車空調(diào)及其他空調(diào)和冰箱上。滾動(dòng)活塞式壓縮機(jī)的工作原理如圖。滾動(dòng)活塞1的內(nèi)部是中空的，而且和曲軸的配合有很大的間隙，在間隙里面充滿著潤滑油。當(dāng)曲軸4旋轉(zhuǎn)時(shí)，依靠摩擦力引起活塞1的轉(zhuǎn)動(dòng)，并在離心力的作用下，使?jié)L動(dòng)活塞1的內(nèi)表面和曲軸外表面緊緊接觸，造成滾動(dòng)活塞4的集合中心和曲軸中心不重合，即與氣缸中心不重合。接觸位置處于活塞中心與氣缸中心連線延長線與氣缸的膠墊上，且該接觸線與固定在氣缸上的刮片將氣缸空間分為兩部分。當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，活塞不但作自身滾動(dòng)，而且以氣缸的中心為圓心，偏心距為半徑的圓周上作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這兩種運(yùn)動(dòng)的合成，使得氣孔兩部分空間容積的擴(kuò)大和縮小進(jìn)行周期性的變化。當(dāng)進(jìn)氣腔的空間不斷擴(kuò)大時(shí)，制冷劑蒸汽不斷從外面吸進(jìn)，壓縮機(jī)處于進(jìn)氣過程；而另一腔則不斷縮小，制冷劑不斷壓縮，處于壓縮過程。當(dāng)壓力腔的蒸汽壓力略大于排氣腔時(shí)，則排氣閥打開，將壓縮蒸汽排除氣缸外，處于排氣過程。曲軸旋轉(zhuǎn)一周活塞與氣缸接觸線也移動(dòng)一周，這樣壓縮機(jī)的兩個(gè)空間各自完成了進(jìn)氣、壓縮、排氣三個(gè)工作循環(huán)。由于滾動(dòng)活塞式壓縮機(jī)的吸氣過程是連續(xù)的，所以不用設(shè)置進(jìn)氣閥，容積效率比較高。

圖3-5滾動(dòng)活塞式壓縮機(jī)工作原理

1—滾動(dòng)活塞2—排氣閥3—吸氣口4—曲軸5—?dú)飧?—葉片

7—彈簧

５）渦旋式壓縮機(jī)

渦旋式壓縮機(jī)是一種新型壓縮機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡單、效率高、噪聲小、振動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有前途的一種壓縮機(jī)。

渦旋式壓縮機(jī)主要由具有渦旋葉片的動(dòng)、定兩渦旋盤組成。兩盤的參數(shù)完全相同，只是相互間錯(cuò)開了180°。圖（a）是吸氣結(jié)束時(shí)，一對(duì)渦旋圈形成了兩對(duì)月牙形容積，最大的月牙形11將開始?jí)嚎s，動(dòng)圈渦旋中心繞定圈繼續(xù)回旋公轉(zhuǎn)，原來最大的月牙形已被壓縮，如圖(b)，動(dòng)圈被曲軸帶動(dòng)而作回旋運(yùn)動(dòng)，被壓縮的容積縮小到如圖所示的最小壓縮容積7，這一月牙形容積中的制冷劑蒸汽即將與設(shè)在渦旋圈中心的排氣口相同。在壓縮的同時(shí)，動(dòng)圈與定圈的外周又形成吸氣容積（4、8入口處），再回旋，再壓縮，如此循環(huán)完成吸氣、壓縮、排氣的工作過程。

圖3-6渦旋式壓縮機(jī)工作原理

(a)吸氣結(jié)束（b）壓縮行程(c)排除開始之前

1—定圈2—?jiǎng)尤?—?jiǎng)尤u旋中心4、5、6、8—制冷劑氣體

7—最小壓縮容積9—排氣口10—?jiǎng)尤u旋中心11—開始?jí)嚎s容積（最大容積）12—回旋半徑

考慮成本及加工精度等因素，本車采用斜盤式壓縮機(jī)

根據(jù)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速n的指定值和Qe,Pe,qm的計(jì)算結(jié)果粗選擇壓縮機(jī)的型號(hào),

當(dāng)Qe=4.3KW，qm=0.0311Kg/s時(shí)，壓縮機(jī)氣缸工作容積大約在550cm3左右，試選取壓縮機(jī)型號(hào)是SE5H14，其結(jié)構(gòu)參數(shù)為：缸徑D=50mm,行程s=35mm,氣缸數(shù)i=6。

6)

SE5H14壓縮機(jī)的校核

該壓縮機(jī)的理論排量qv=138mL/r＞117mL/r,制冷量Qe=5.74kW＞4.3kW軸功率Pe=1.806kW<1.965kW。結(jié)果表明，所選SE5H14型壓縮機(jī)的制冷量、排量均大于計(jì)算結(jié)果，壓縮機(jī)軸功率小于計(jì)算結(jié)果，完全滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求，是能與所指定的車用空調(diào)系統(tǒng)相匹配的。

3.4.3蒸發(fā)器的計(jì)算與選擇

要求夏季提供4300W的制冷量，由系統(tǒng)熱力計(jì)算得出。采用制冷劑R134a時(shí)，制冷劑循環(huán)量qmr=0.0311kg/s。此時(shí)，蒸發(fā)溫度為5℃，我們?nèi)≌舭l(fā)器進(jìn)風(fēng)溫度：干球溫度27℃，濕球溫度19.5℃。

計(jì)算制冷劑進(jìn)出口參數(shù):

由制冷量和制冷劑循環(huán)量，可求出制冷劑進(jìn)出口比焓差?hr為

?hr=hr2-hr1=Qe/qmr=4.3/0.0311KJ/kg=135.327kJ/kg

取制冷劑進(jìn)口干度χ=0.3，則根據(jù)蒸發(fā)溫度查HFC134a的lgP-h圖，有hr1=275.128kJ/kg，于是制冷劑出口比焓值hr2為

hr2=hr1+?hr=135.327+275.128=410.155kJ/kg

同時(shí)可計(jì)算出蒸發(fā)器出口制冷劑溫度為tr2=7.98℃，過熱度為5.98℃。

蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)選擇:

可選用的蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)有管片式蒸發(fā)器、管帶式蒸發(fā)器和層疊式蒸發(fā)器。

（1）管片式蒸發(fā)器

它由銅質(zhì)或鋁制圓管套上鋁翅片組成，經(jīng)脹管工藝使鋁翅片與圓管緊密接觸。其結(jié)構(gòu)簡單、加工方便，但換熱效率較差。管片式蒸發(fā)器與管片式冷凝器結(jié)構(gòu)類似。

（2）管帶式蒸發(fā)器

管帶式蒸發(fā)器由多孔扁管與蛇形散熱鋁帶焊接而成，工藝比管片式復(fù)雜，需采用雙面復(fù)合鋁材及多孔扁管材料。這種蒸發(fā)器換熱效率效率比管片式高10%左右。管帶式蒸發(fā)器與管帶式冷凝器結(jié)構(gòu)類似。

（3）層疊式蒸發(fā)器

如圖3-7，層疊式蒸發(fā)器由兩片沖成復(fù)雜形狀的鋁板疊在一起組成制冷劑通道，每兩片之間夾有蛇形散熱鋁帶。這種蒸發(fā)器也需要雙面復(fù)合鋁材，且焊接要求高，因此，加工難度大，但其換熱效率也最高，結(jié)構(gòu)也最緊湊。適用于使用R134a制冷劑的空調(diào)系統(tǒng)中。

層疊式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了由雙儲(chǔ)液室向單儲(chǔ)液室的變化，圖是兩者間的比較。單儲(chǔ)液室由于把具有分流、集合制冷劑功能的儲(chǔ)液室集中在蒸發(fā)器的下部，即僅集中在單側(cè)，則可使蒸發(fā)器正面面積當(dāng)中進(jìn)行熱交換的有效部分的比例增加。新型的單儲(chǔ)液室蒸發(fā)器與舊式的雙儲(chǔ)液室相比較，正面面積相同，將芯子厚度減薄了18%，且在保持冷氣裝置能力的同時(shí)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：空氣側(cè)壓力損失下降20%，質(zhì)量減輕15%，內(nèi)部容積減少30%，節(jié)省制冷劑50g左右。

圖3-7層疊式蒸發(fā)器

本次設(shè)計(jì)采用管帶式蒸發(fā)器

散熱板及翅片與百葉窗尺寸見圖3-8:

圖3-8散熱翅片及百葉窗

翅片：寬度WF=65mm，高度hF=7.9mm，厚度δF=0.1mm，間距PF=1.8mm；

百葉窗間距PL=1.1mm，百葉窗長度lL=6.8mm，百葉窗角度αL=37?。

散熱板：寬度WT=65mm，高度hT=3.0mm，厚度δT=0.5mm，邊緣寬3.4mm，內(nèi)部隔熱板寬3.7mm。由此可計(jì)算出內(nèi)部流道尺寸hH，WH分別為

hH=hT-2δT=（3.0-2×0.5）=2.0mm

WH=WT-2×3.4-3.7=65-2×3.4-3.7=54.5mm

每米散熱板內(nèi)表面積Ar為

Ar=2×（hH+WH）=2×（2+54.5）×10-3=113×10-3m2/m

（2）每米散熱板外表面積Ab,a為

Ab,a=2（hT+WT）=2×（3+65）×10-3=136×10-3m2/m

每米散熱板長迎風(fēng)面積Aface為

Aface=hT+hF=（3+7.9）×10-3=10.9×10-3m2/m

（4）每米散熱板長翅片面積Af，a為

Af，a=2×7.9×10-3×65×10-3×1/（1.8×0.001）=570.56×10-3/m

每米散熱板長總外表面積Aa為

Aa=Ab,a+Af，a=136×10-3+570.56×10-3=706.56×10-3m2/m

肋通系數(shù)a

a=Aa/Aface=706.56×10-3/0.0109=64.822

百葉窗高度hc為

hc=0.5PLtanαL=0.5×1.1×tan37?=414.455×10-3mm

（8）散熱板內(nèi)孔水力直徑Dh，r為

Dh，r=（4hH·WH/2）/[2·（hH+WH/2）]

=（4×2×54.5/2）/[2×（2+54.5/2）]

=3.7265mm

干工況下空氣側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算:

選取迎面風(fēng)速va=5m/s，根據(jù)已知條件，求最小截面處風(fēng)速為:

va,max=va{[PF×10-3（hF+hT）×10-3]/[（PF-hc-δF）（hF-δF）×10-6]}

=5×{[1.8×10-3（7.9+3）×10-3]/[（1.8-0.414455-0.1）×（7.9-0.1）×10-6]}

=9.78m/s

按空氣進(jìn)出口溫度的平均值Ta=20℃，查取空氣的密度ρ=1.205kg/m3，動(dòng)力黏度μ=18.1×10-6kg/（m·s），熱導(dǎo)率λ=2.59×10-2W/（m·k），普朗特?cái)?shù)Pr=0.703等物理性質(zhì)，并計(jì)算出空氣側(cè)的雷諾數(shù)，傳熱因子J，努塞爾數(shù)Nu，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)aa。

Rea=ρva,maxPL/μ=1.205×9.78×1.1×10-3/（18.1×10-6）=716

J=0.249Rea-0.42hc0.33（lL/hF）1.1hF0.26

=0.249×716-0.42×0.4144550.33（6.8/7.9）1.1×7.90.26=0.017086

Nu=JReaPr1/3=0.017086×716×0.7031/3=10.877

aa=Nuλ/PL=10.877×2.59×10-2/（1.1×10-3）=256.104W/(m2·℃)

計(jì)算析濕系數(shù)與濕工況下空氣側(cè)表面系數(shù):

設(shè)定出風(fēng)溫度為干球溫度7.25℃，濕球溫度6.5℃，則比焓為21.575kJ/kg（干），同時(shí)已知蒸發(fā)器進(jìn)風(fēng)溫度為：干球溫度27℃，濕球溫度為19.5℃，比焓為55.6kJ/kg（干）。

求出析濕系數(shù)ξ:

ξ=（ha1-ha2）/[c（ta1-ta2）]=（55.6-21.575）/[1.015252×（27-7.25）]=1.6969

于是，濕球工況下空氣側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)aeq,a為:

aeq,a=ξaa=1.6969×256.104=434.5W/（m2·k）

初估迎風(fēng)面積和總傳熱面積:

計(jì)算干空氣流量qm,a為

qm,a=Qe/（ha1-ha2）=4.3/（55.6-21.575）=0.126kg/s

（2）計(jì)算干迎風(fēng)面積Aface，o為

Aface，o=qm，a/ρva=0.126/（1.205×5）=20.98×10-3m2

（3）計(jì)算以外表面為基準(zhǔn)的總傳熱面積A0為

A0=aAface，o=64.822×20.98×10-3=1.36m2

（4）計(jì)算散熱板長度lT。一共22塊散熱板，分兩個(gè)流程，每個(gè)流程11塊散熱板，則

lT=Aface，o/[（hT+hF）×22]=20.98×10-3/[（0.003+0.0079）×22]=0.087m

取lT=0.1m。

計(jì)算制冷劑側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù):

由te=5℃，查HFC134a飽和狀態(tài)下的熱力性質(zhì)圖表及熱物性圖，可得：

液態(tài)制冷劑的密度ρL=1277.15kg/m3

液態(tài)制冷劑的動(dòng)力粘度μl=270.3×10-6

液態(tài)制冷劑的普朗特?cái)?shù)PrL=vl/al=（0.2075×10-6）/（0.0523×10-6）=3.968

氣態(tài)制冷劑的導(dǎo)熱率λv=12.22×10-3W/（m·k）

氣態(tài)制冷劑的密度ρv=1/（58.45×10-3）kg/m3=17.11kg/m3

氣態(tài)制冷劑的動(dòng)力粘度μv=11.175×10-6

目前已知進(jìn)口干度為0.3，出口過熱，因此平均干度

χdo=（0.3+1.0）/2=0.65

由此，可計(jì)算其余參數(shù)的平均值。動(dòng)力黏度μcore的平均值為

μcore=1/[χ/μv+（1-χ）/μl]=1/[0.65/11.175+（1-0.65）/270.3]=16.818

每一散熱板制冷劑質(zhì)量流量

qmr,eq'=qmr/11=0.0311/11=2.827×10-3kg/s

散熱板內(nèi)孔的制冷劑質(zhì)量流速qmr,A為

qmr,A=qmr,eq'/（1/4·π·Dh，r2）

=0.002827/[3.1416/4×（3.7265×10-3）2]

=259.199kg/（m2·s）

雷諾數(shù)Recore為

Recore=qmr,A·Dh，r/μcore

=259.199×3.7265×10-3/（16.818×10-6）

=57433

干度平均值為

χdo=0.49+627Recore-0.83=0.49+627×57433-0.83=0.560333

由上面的計(jì)算可以看到，制冷劑干度從0.3～0.560333～1變化，后還有過熱蒸氣區(qū)。因此很難準(zhǔn)確估計(jì)每一階段所占的百分比，只能憑經(jīng)驗(yàn)估計(jì)。在此，取過熱蒸氣區(qū)為20%，于是可以計(jì)算出干燥點(diǎn)之前的兩相區(qū)約為28%，干燥點(diǎn)之后的兩相區(qū)約占52%。

（1）干燥點(diǎn)之前的兩相區(qū)，取χ=0.417，則在散熱板內(nèi)孔內(nèi)，制冷劑氣液兩相均勻紊流工況的Lockhart-Martinelli數(shù)Xtt和關(guān)聯(lián)系數(shù)F（Xtt）分別為

Xtt=[（1-χ）/χ]1-W/2（ρl/ρv）0.5（μv/μl）n/2

=[（1-0.417）/0.417]1-0.3/2（1277.15/17.11）0.5（11.175/270.3）0.3/2

=7.2

F（Xtt）=（1+2.30/Xtt）0.374=（1+2.30/7.2）0.374=1.1095

制冷劑兩相流折算成全液相時(shí)，在折算流速下的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)αl為

αl=A[qmr，A（1-χ）Dh,r/μl]-hqmr，A（1-χ）c

=0.341[259.199（1-0.417）3.7265×10-3/270.3×10-6]-0.3×259.199×（1-0.417）×1351

=7032.0918W/（m2·s）

制冷劑兩相流的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)αr為

αr=αlPRl0.296F（Xtt）

=7032.0918×3.968×0.296×1.1095=8978W/（m2·s）

（2）過熱區(qū)制冷劑側(cè)的雷諾數(shù)Reeq，r，普朗特?cái)?shù)Prv，努塞爾數(shù)Nu，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)av分別為

Reeq，r=（qmr，ADh，r）/μv=（259.199×3.7265×10-3）/（11.175×10-6）=86434.5

Prv=0.8471

Nu=0.023Reeq，r0.8Prv0.4ctclcR

其中：ct：考慮邊界層內(nèi)溫度分布對(duì)對(duì)流傳熱系數(shù)影響的溫度修正系數(shù)，取ct=1；

cl：考慮短管管長對(duì)對(duì)流傳熱系數(shù)影響的短管修正系數(shù)，取cl=1；

cR：考慮管道彎曲對(duì)對(duì)流傳熱系數(shù)影響的彎管修正系數(shù)， 取cR=1.5。

則

Nu=0.023×86434.50.8×0.84710.4×1×1×1.5=287.31

av=（Nu×λv）/Dh，r=（287.32×12.22×10-3）/3.7265×10-3=942W/（m3·k）

（3）干燥點(diǎn)之后的兩相區(qū)取χ=0.766，則把χd0=0.5458帶入干燥點(diǎn)之前的兩相換熱公式，計(jì)算得ad0;

Xtt,d0=[（1-χd0）/χd0]1-W/2（ρl/ρv）0.5（μv/μl）n/2

=[（1-0.5458）/0.5458]1-0.3/2（1277.15/17.11）0.5（11.175/270.3）0.3/2

=4.6

F（Xtt,d0）=（1+2.30/Xtt）0.374=（1+2.30/4.6）0.374=1.1637

al,d0=A[qmr，A（1-χd0）Dh,r/μl]-hqmr，A（1-χd0）c

=0.341[259.199（1-0.5458）3.7265×10-3/270.3×10-6]-0.3×259.199×（1-0.5458）1351

=5905W/（m2·s）

ar,d0=al,d0PRl0.296F（Xtt,d0）

=5905×3.968×0.296×1.1637=8071W/（m2·s）

ar=av+{1-[（χ-χd0）/（1-χd0）]1.5}×（ad0-av）

=942+{1-[（0.766-0.5458）/（1-0.5458）]1.5}×（8071-942）

=5665W/（m2·k）

最后，平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可為

ār=8978×28%+942×20%+5665×52%=5648.04W/（m3·k）

計(jì)算總傳熱系數(shù)及傳熱面積:

如忽略管壁熱阻及接觸熱阻，忽略制冷劑側(cè)污垢熱阻取空氣側(cè)污垢熱阻ra=0.0003（m3·k）/W，則傳熱系數(shù)k為

k=1/[（1/ār）Aa/Ar+ra+1/aeq，a]

=1/[（1/5648.04）×0.706555/0.113+0.0003+1/434.5]

=270.11W/（m3·k）

對(duì)于對(duì)數(shù)平均溫差為

?tm=（tal-ta2）/ln{（ta1-te）/（ta2-te）}=（27-7.25）/ln{（27-5）/（7.25-5）}=10.98℃

A0=Qe/（k·?tm）=4300/（270.11×10.98）=1.4m2

與前面計(jì)算出1.36m2的相對(duì)誤差不大。

3.4.4冷凝器的計(jì)算與選擇

冷凝器的熱負(fù)荷可用公式Qk=mQe求得

式中:

Qk：冷凝器的熱負(fù)荷；

Qe：蒸發(fā)器的制冷量；

m:負(fù)荷系數(shù)。

因?yàn)槠嚳照{(diào)冷凝器的工作條件惡劣，故一般取m=1.5左右為宜。此處取1.6。則

Qk=1.6×4300=6880W

確定制冷劑和空氣流量:

根據(jù)Tc=60℃和排氣溫度Td=83℃，以及冷凝液有10℃過冷。查HFC134a飽和狀態(tài)下的熱力性質(zhì)圖表，可得排氣比焓hd=456.5kJ/kg，過冷液體比焓hsc=278.7kJ/kg，于是制冷劑的質(zhì)量流量qm,r為

qm,r=Qc/（hd-hsc）=6880/[（456.5-278.7）×1000]=0.0331kg/s

取進(jìn)出口的空氣溫差Ta2-Ta1=12℃，則空氣的體積流量qv,a為

qv,a=Qc/[ρa(bǔ)Ca（Ta2-Ta1）]=6880/(1.1378×1.0076×103×12)=0.5m3/s

冷凝器結(jié)構(gòu)的選擇:

可選用的冷凝器有管片式冷凝器、管帶式冷凝器、鰭片式冷凝器和平行流式冷凝器。

1）管片式冷凝器

管片式冷凝器如圖3-8，它是汽車空調(diào)常用的一種冷凝器，制造工藝簡單。即用脹管法將呂翅片脹緊在紫銅管上，管端部用U形彎頭焊接起來。其中，翅片在增大冷凝器散熱面積的同時(shí)，還起到支撐銅管或鋁管的作用。這種冷凝器的散熱效率低，且清理焊接氧化皮較麻煩。

2）管帶式冷凝器

管帶式冷凝器主要由彎成蛇形的扁管1以及折成V形或U形的散熱片2組成，如圖3-10。兩者使用焊接技術(shù)以保證接觸良好。其中，散熱片是復(fù)合片，共3片，上下兩片的材料為含有硅和鎂的鋁，中間一片材料為含有錳的鋁。這種冷凝器的傳熱效率比管片式冷凝器高15%～20%，但工藝復(fù)雜，焊接難度大，而且對(duì)材料性能要求高，所以一般僅用在小型汽車的制冷裝置上。

圖3-9管片式冷凝器圖3-10管帶式冷凝器

1—多孔扁管2—散熱片A—進(jìn)口B—出口

3）鰭片式冷凝器

鰭片式冷凝器是在扁平的多通道散熱管表面直接銑削出鰭片狀的散熱片，然后裝配成冷凝器，其結(jié)構(gòu)如圖3-11。由于管和鰭片式一個(gè)整體，不存在接觸熱阻，所以散熱性能比管帶式冷凝器高5%。這種冷凝器節(jié)省材料，而且抗振性好，但在銑削時(shí)需要使用專門的設(shè)備。

(a)(b)

圖3-11鰭片式冷凝器

（a)散熱管銑削出的鰭片（b）冷凝器外形

4）平行流式冷凝器

平行流式冷凝器是為適應(yīng)R134a制冷劑而研制的，是在管帶式冷凝器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其區(qū)別在于，管帶式冷凝器自始至終只有一條呈蛇形彎曲的扁管，流程長，壓力損失大。又由于進(jìn)入冷凝器時(shí)制冷劑是氣態(tài)，比容大，需要的通徑大；出冷凝器時(shí)已完成變?yōu)橐簯B(tài)，比容小，只需要較小的通徑，而普通管帶式結(jié)構(gòu)的管徑從頭到尾是相同的，管道空間未被充分利用，這對(duì)熱交換是不利的。而平行流式則在兩條集流管間有多條扁管相連，將幾條扁管隔成一組，形成進(jìn)入處管道多，逐漸減少每組管道數(shù)，如圖，實(shí)現(xiàn)了冷凝器內(nèi)制冷劑溫度及流量分配均勻，提高了換熱效率。由于管道內(nèi)換熱面積得到充分利用，對(duì)于同樣的迎風(fēng)面積，平行流冷凝器的換熱量得到了提高。

圖3-12平行流式冷凝器

本次設(shè)計(jì)采用平行流式冷凝器，多孔扁管截面與百葉窗翅片的結(jié)構(gòu)型式及尺寸如圖3-13所示：翅片寬度WF=16mm；翅片高度hF=8.1mm；翅片厚度δF=0.135mm，翅片間距PF=1.4mm；百葉窗間距PL=1.1mm；百葉窗長度lL=6.5mm；百葉窗角度αL=27?；多孔扁管分四個(gè)內(nèi)孔，每個(gè)內(nèi)孔高度為2mm；寬度為3.35mm，扁管外壁面高度為3mm，寬度WT=16mm，分三個(gè)流程，扁管數(shù)目依次為12、8、5。取迎面風(fēng)速為va=6m/s。

圖3-13

根據(jù)初步規(guī)劃（如上圖所示），可計(jì)算下列參數(shù)：

（1）每米管長扁管內(nèi)表面積Ar為

Ar=[2×（2+3.35）×10-3]×4=4.28×10-2m2/m

（2）每米管長扁管外表面積Ab,a為

Ab,a=2×（16+3）×10-3=0.038m2/m

（3）每米管長翅片表面積Af，a為

Af，a=2×8.1×10-3×16×10-3×1/（1.4×0.001）=0.1851m2/m

（4）每米管長總外表面積Aa為

Aa=Ab，a+Af，a=0.038+0.1851=0.223m2/m

（5）百葉窗高度hL為

hL=0.5×PL×tanαL=（0.5×1.1×tan27?）=0.2802mm

（6）扁管內(nèi)孔水力直徑Dn，r為

Dn，r=（4×2×3.35）/[2×（2+3.35）]=2.5047mm

（7）翅片通道水力直徑Dh，a為

Dh，a=[2×（1.4-0.135）×（8.1-0.135）]/[（1.4-0.135）+（8.1-0.135）]=2.183mm

空氣側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)aa

最小截面處風(fēng)速va,max為

va,max=[6×1.4×（8.1+3）]/[（1.4-0.2802-0.135）×（8.1-0.135）]=11.8m/s

按空氣進(jìn)出口溫度的平均值Ta=（Ta1+Ta2）/2=（38+50）/2=44℃，查取空氣的密度ρ=1.1025kg/m3，動(dòng)力黏度μ=19.2×10-6kg/（m·s）；熱導(dǎo)率λ=2.7×10-2W/（m·k）；普朗特?cái)?shù)Pr=0.699，并計(jì)算出雷諾數(shù)Re，努塞爾數(shù)Nu及空氣側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)aa；

Re=（ρ·va,max·PL）/μ=（1.1025×11.8×1.1×10-3）/（19.2×10-6）=745

Nu=cReamPrn(Pr/Prw)k(s1/s2)pcφcz

式中：Prw：管壁溫度下的普朗特?cái)?shù),Pr/Prw≈1；

s1:橫向節(jié)距；

s2：縱向節(jié)距；

cz:管排修正系數(shù)，當(dāng)z≥20時(shí)，cz=1；

cφ：流體斜向沖刷管束時(shí)的修正系數(shù),取cφ=1；

c，m，n，k，p：系數(shù)和指數(shù)；

則Nu=0.71×7450.5×0.6990.36=17

aa=Nuλ/PL=17×2.7×10-2/（1.1×10-3）=417W/（m2·k）

制冷劑側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)ar:

根據(jù)Tc=60℃，查HFC134a飽和狀態(tài)下的熱力性質(zhì)圖表和熱物理性質(zhì)圖，可以求得：

液態(tài)制冷劑的密度ρ1=1054.2kg/m3

氣態(tài)制冷劑的密度ρv=1/（11.46×10-3）=87.26kg/m3

液態(tài)制冷劑的動(dòng)力粘度μl=138.6×10-6kg/（m·s）

液態(tài)制冷劑的導(dǎo)熱率λl=65.8×10-3W/（m·k）

液態(tài)制冷劑的普朗特?cái)?shù)PrL=vl/al;

其中：

vl：運(yùn)動(dòng)粘度，查得vl=0.128×10-6；

al：熱擴(kuò)散率，查得al=0.0385×10-6；

則PrL=（0.128×10-6）/（0.0385×10-6）=3.3325

冷凝器中，由于制冷劑進(jìn)口過冷，因此計(jì)算制冷劑當(dāng)量流量時(shí)，取平均干度χ=0.5，于是當(dāng)量制冷劑質(zhì)量流量qmr,eq為

qmr,eq=[（1-0.5）+0.5×1054.2/87.26]0.5×0.056243=0.1839kg/s

（1）第一流程的參數(shù)計(jì)算

單一內(nèi)孔當(dāng)量制冷劑質(zhì)量流量q'mr,eq為

q'mr,eq=qmr,eq/（4×12）=0.1839/48=3.831×10-3kg/s

Reeq，r=（4q'mr,eq）/（πDn,rμl）

=（4×3.831×10-3）/（π2.5047×10-3×135.35×10-6）=14388

此處為管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流，Nu為：

Nu=0.023Reeq，r0.8PrL0.4。

則Nu=0.023×143880.8×3.33250.4=78.9

制冷劑側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)ar為

ar=（Nuλl）/Dn,r=（78.9×65.8×10-3）/（2.5047×10-3）=2073W/（m2·k）

（2）第二流程的參數(shù)計(jì)算，其方法與第一流程一樣。

當(dāng)量制冷劑質(zhì)量流量q'mr,eq為

q'mr,eq=qmr,eq/（4×8）=0.1829/32=5.747×10-3